详述LVS负载均衡群集 (理论篇)

企业群集应用概述

群集的含义

  • Cluster,集群、群集
  • 由多台主机构成,但对外只表现为一个整体

在互联网应用中,随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高,单台服务器力不从心

  • 解决方法
    • 使用价格昂贵的小型机、大型机
    • 使用普通服务器构建群集

企业群集分类

根据群集针对的目标差异,可分为三种类型

  • 负载均衡群集
  • 高可用群集
  • 高性能运算群集

负载均衡群集 (Load Balance Cluster)

  • 以提高应用系统的影响能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标,获得高并发、高负载(LB)的整体性能
  • LB的负载分配依赖于主节点的分流算法

高可用群集 (High Availability Cluster)

  • 以提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标,确保服务的连续性,达到高可用(HA)的容错效果
  • HA的工作方式包括双工和主从两种模式

高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

  • 以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标,获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC)能力
  • 高性能运算群集的高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”,通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起,实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力

负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

  • 群集的负载调度技术有三种工作模式
    • 地址转换
    • IP隧道
    • 直接路由

NAT模式

  • 地址转换(Network Address Translation)
    • 简称NAT模式,类似于防火墙的私有网络结构,负载调度器作为所有服务器节点的网关,即作为客户机的访问入口,也是各节点回应客户机的访问出口
    • 服务器节点使用私有IP地址,与负载调度器位于同一个物理网络,安全性要优于其他两种方式

TUN模式

  • IP隧道(IP Tunnel)
    • 简称TUN模式,采用开放式的网络结构,负载调度器仅作为客户机的访问入口,各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机,而不再经过负载调度器
    • 服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址,通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

DR模式

  • 直接路由(Direct Routing)
    • 简称DR模式,采用半开放式的网络结构,与TUN模式的结构类似,但各节点并不是分散在各地,而是与调度器位于同一一个物理网络
    • 负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接,不需要建立专用的IP隧道

负载均衡群集架构

负载均衡的结构

  • 第一层,负载调度器(Load Balancer或Director)
  • 第二层,服务器池(Server Pool)
  • 第三层,共享存储(Share Storage)
    详述LVS负载均衡群集 (理论篇)

关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

  • 针对Linux内核的负载均衡解决方案
  • 1998年5月,由我国的章文嵩博士创建
  • 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/

    [ ~]# modprobe ip_vs    //确认内核对LVS的支持
    [ ~]# cat /proc/net/ip_vs
    IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
    Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
    -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

    LVS的负载调度算法

  • 轮询(Round Robin)
    • 将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器)均等地对待每一台服务器,而不管服务器实际的连接数和系统负载
  • 加权轮询(Weighted Round Robin)
    • 根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求,调度器可以自动查询各节点的负载情况,并动态调整其权重
    • 保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量
  • 最少连接(Least Connections)
    • 根据真实服务器已建立的连接数进行分配,将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点
  • 加权最少连接(Weighted L east Connections)

    • 在服务器节点的性能差异较大的情况下,可以为真实服务器自动调整权重
    • 权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

    使用ipvsadm工具

    LVS群集创建与管理

  • 创建虚拟服务器
  • 添加,删除服务器节点
  • 查看群集及节点情况
  • 保存负载分配策略

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